KR101973987B1 - 자동차의 능동마운트 제어방법 - Google Patents

자동차의 능동마운트 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 자동차의 능동마운트 제어방법은, 해당 차량의 ECU 정보와, 속력정보 및 가속도정보를 포함하는 차량거동정보를 입력받는 단계; 상기 차량거동정보를 기초로 하여 FRF(주파수응답함수)를 측정하는 단계; 3점 포인트 방식의 엔진마운트에서 1점을 제외한 좌, 우측 엔진마운트 전달함수의 제어게인값을 산출하는 단계; 및 산출된 상기 제어게인값을 기반으로 하여 구동신호를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 자동차의 능동마운트 제어방법은, FRF 전달함수를 측정하고 ECU에서 계산되며 내부 라이브러리에서 선정될 수 있어 종래대비 간단한 방법으로 제어게인값을 설정 및 조절할 수 있어 능동형 마운트를 보다 효율적이고 정밀하게 제어할 수 있으며, 고효율 및 컴팩트 사이즈화되는 엔진 개발 추세에 발맞춰 차체의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 기술이 향상될 수 있다.

Description

자동차의 능동마운트 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING ACTIVE MOUNT OF VEHICLE}
본 발명은 자동차의 능동마운트 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래대비 간단한 방법으로 제어게인값을 설정 및 조절할 수 있어 능동형 마운트를 보다 효율적이고 정밀하게 제어할 수 있는 자동차의 능동마운트 제어방법에 관한 것이다.
엔진마운트의 기본 역할은 파워트레인을 차체에 안정적으로 지지하는 동시에 차체로 전달되는 가진력을 절연하는 것이다. 그런데, 파워트레인을 안정적으로 지지하려면 마운트의 강성이 커야 하는 반면에 효과적인 절연을 위해선 마운트의 강성이 작아져 하는 상반된 설계 조건을 가지고 있다.
최근 들어, 기존 패시브방식의 엔진마운트와는 달리, 변화되는 상황에 따라 가변 방식의 엔진마운트 즉, 능동형 엔진마운트에 대한 연구 개발이 활발한 상황이다.
이러한 능동형 엔진마운트의 동작 방식은 기본적으로, 제어기에서 상기 능동 마운트에 입력되는 진동을 계측하고 마운트에 입력되는 진동과 위상차이만큼 디커플링된 제어신호를 공급 및 구동부를 구동시켜 진동을 저감하는 방식이다.
그러나, 이러한 능동형 엔진마운트는 차량 자체의 차량정보를 기초로 하지 않고, 디커플링된 제어신호 계산이 복잡할 뿐만 아니라 계산된 제어신호 조절에 시간이 지체되는 등 가변상황에 맞게 효율적으로 차량 제어를 하지 못하는 문제점이 있다.
이에 따라, 고효율 및 컴팩트 사이즈화되는 엔진 개발 추세에 대응하지 못해 차체의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 기술 개발이 더디게 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, FRF 전달함수를 측정하고 ECU에서 계산되며 내부 라이브러리에서 선정될 수 있어 종래대비 간단한 방법으로 제어게인값을 설정 및 조절할 수 있어 능동형 마운트를 보다 효율적이고 정밀하게 제어할 수 있으며, 고효율 및 컴팩트 사이즈화되는 엔진 개발 추세에 발맞춰 차체의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 기술이 향상될 수 있는 자동차의 능동마운트 제어방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자동차의 능동마운트 제어방법은, 해당 차량의 ECU 정보와, 속력정보 및 가속도정보를 포함하는 차량거동정보를 입력받는 단계; 상기 차량거동정보를 기초로 하여 FRF(주파수응답함수)를 측정하는 단계; 3점 포인트 방식의 엔진마운트에서 1점을 제외한 좌, 우측 엔진마운트 전달함수의 제어게인값을 산출하는 단계; 및 산출된 상기 제어게인값을 기반으로 하여 구동신호를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 설정 단계 이후, 실시간으로 입력되는 엔진 RPM정보와 기어단수를 포함하는 실시간차량상태정보를 입력받는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 실시간 차량상태정보를 입력받는 단계 이후, 상기 실시간차량상태정보에 기초하여 제어게인값을 재산출하는 단계; 및 상기 제어게인값으로부터 구동신호를 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 실시간차량상태정보는 CKPS(크랭크샤프트 포지션센서), CMP(캠샤프트 포지션센서)의 센싱값을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 자동차의 능동마운트 제어방법은, FRF 전달함수를 측정하고 ECU에서 계산되며 내부 라이브러리에서 선정될 수 있어 종래대비 간단한 방법으로 제어게인값을 설정 및 조절할 수 있어 능동형 마운트를 보다 효율적이고 정밀하게 제어할 수 있으며, 고효율 및 컴팩트 사이즈화되는 엔진 개발 추세에 발맞춰 차체의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 기술이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법의 기본 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법의 HHC 제어 방식의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법의 순서도이다.
도 4는 도 3에서 실시간차량상태정보가 부가되어 제어게인값을 재산출하고, 구동신호를 재설정하는 순서도이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법을 GUI 프로그램에 구현한 화면의 일례이다.
도 6은 도 5의 GUI 프로그램을 이용하여 마운트 전달함수 제어게인값을 산출한 상태의 일례이다.
도 7는 도 6의 산출된 제어게인값을 기반으로 하여 실제 차량의 진동저감 성능평가 결과를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 자동차의 능동마운트 제어방법의 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법의 기본 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법을 위한 장치 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진마운트 내부에서 구동력을 발생시키는 구동부(200)와 이를 가동시키기 위해 전원을 공급하고, 차량 정보와 진동신호를 받아들이는 제어기(400)와, 섀시(300)에 마련되는 가속도센서(500)를 포함할 수 있다.
엔진(100)에는 RPM을 체크할 수 있다.
엔진(100)과, 엔진마운트 및 섀시(300) 사이에는 구동부(200)가 마련될 수 있다. 구동부(200)는 파워트레인의 하중을 지지하는 하중지지부(RubberBody)와 BRKT, Magnet, Coil을 포함하는 구동기를 포함할 수 있다.
구동부(200)는 자기장과 수직으로 교차하는 도선에 전류가 흐를 때 로렌츠의 법칙을 이용하여 도선에 힘을 받아 하중지지부를 가진하고 이때 하중지지부 내부의 유체의 압력변화로 인해 구동력이 발생된다. 이때 전류 미인가시에는 일반 하이드로 엔진마운트의 특성을 그대로 유지될 수 있다.
엔진마운트 또는 섀시(300)에는, 엔진마운트 또는 섀시(300)의 진동 또는 가속도를 검출하는 가속도센서(500)가 마련될 수 있다. 그리고 가속도센서(500)의 가속도입력값은 제어기(400) 또는 ECU로 입력받는다.
제어기(400)는 ECU에 내장되어 있다. 제어기(400)는 마이크로 프로세서와 제어로직의 입력으로 사용하는 논리적 레벨의 정보와 계산 후 출력 신호를 물리적 레벨의 신호로 변환하는 입/출력 인터페이스와,, 차량의 상태 정보를 확인하는 CAN통신부와, 그리고 구동부(200)를 동작시키기 위해 필요한 전력을 공급하는 구동 드라이버가 포함될 수 있다. 이러한 제어기(400)는 ECU 내에 자동차의 능동마운트를 자체 제어하기 위해 내장형 또는 일체형으로 마련될 수 있다.
제어기(400)가 입력신호를 입력받는다. 입력신호는 크게, 차량상태정보(예컨대, 차량으로부터 기어단수, RPM 등)와, 차량거동정보(예컨대, 차량 속력, 파워트레인과 결속된 서브프레임 또는 서브프레임을 포함한 섀시(300)의 가속도신호 등)등이 대상이 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법을 위한 제어게인값을 산출하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법의 순서도이고, 도 4는 도 3에서 실시간차량상태정보를 기초로 하여 구동신호를 재설정하는 단계의 순서도이다.
제어 알고리즘은 기본적으로 HHC방법이 활용된다.
시스템의 동적 특성은 제어 응답 매트릭스라고 하는 행렬 T로 표현한다. 이 행렬은 외부교란 ωd 에서측정된 전달함수G(jωd)에서 유도된다.
[수식 1]
Figure 112018042975943-pat00001
여기서,
[수식 2]
Figure 112018042975943-pat00002
시스템에 대한 제어 입력 u와 출력 신호 z는 cosine과 sine 성분을 가지는 퓨리에 급수로, 벡터 형태로 표현된다. 그리고 제어 입력과 시스템 출력과의 관계는 다음과 같다.
[수식 3]
Figure 112018042975943-pat00003
그리고 zd는 외부교란 신호이며 zd를 무시한다면 양변에 T-1을 곱하면 다음과 같은 제어 입력이 된다.
[수식 4]
Figure 112018042975943-pat00004
도 2는 HHC 제어 방식의 블록도를 나타낸다. 피드백 Loop에서 외부교란 신호는cos(wd)와 sin(wd)로 곱해지고 적분이 되어 wd에 해당되는 퓨리에 급수인 sine, cosine 성분으로 결정짓게 된다. 다음 이신호 Plant, T-1에 곱해진 후 sine과 cosine으로 모듈화를 거쳐 합해진 후 제어입력 신호가 계산될 수 있다.
이러한 HHC 방식을 고려한 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법은 도 3을 주로 참조하면, 해당 차량의 ECU 정보와, 속력정보 및 가속도정보를 포함하는 차량거동정보를 입력받는 단계(S100); 상기 차량거동정보를 기초로 하여 FRF(주파수응답함수)를 측정하는 단계(S200); 3점 포인트 방식의 엔진마운트에서 1점을 제외한 좌, 우측 엔진마운트 전달함수의 제어게인값을 산출하는 단계(S300); 및 산출된 상기 제어게인값을 기반으로 하여 구동신호를 설정하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
차량거동정보를 입력받는 단계(S100)는 해당 차량의 ECU정보와, 속력정보 및 가속도정보를 입력받을 수 있다. 이때, 해당 차량의 ECU정보를 입력받아 제어기(400)에 마련되는 해당 라이브러리로부터 해당 차량의 엔진(100) 스펙 및 엔진(100) 특성을 추출할 수 있다.
가속도센서(500) 등을 통해 가속도정보를 입력받는다.
다음으로, 상기 차량거동정보를 기초로 하여 FRF(주파수응답함수)를 측정하는 단계하는 단계가 수행될 수 있다(S200).
FRF 측정 단계(S200)는, 행렬 T로 표현된 a(real value)와, b(image value)에 값들을 맵핑하여 사용될 수 있다.
항목 내용 비고
Sampling 주기 0.5ms(1/2048Hz) 12bit
FFT data point 4096 2sec
Data buffer Mot.frf.acc[6][1024] 6144
[표 1]은 특정 ECU의 data sampling상태를 보여준다.
항목 내용 비고
FFT 주기 500ms 2sec*0.25
Overlap 75%
Windows Blackman-nuttall
연산시간 140ms(측정값) 28% cpu load
[표 2]는 본 실시예에 따른 FFT의 스펙을 보여주며, 입력받은 ECU정보와, 가속도센서(500)의 차량거동정보를 기반으로 하여 FFT를 이용하여 FRF를 측정할 수 있다. 이러한 FRF정보는 제어기(400)에 이식될 수 있다.
다음으로, 측정된 FRF(해당 주파수값)을 기반으로 하여 엔진마운트 전달함수의 제어게인값을 산출하는 단계가 수행될 수 있다(S300).
이때, 3점 포인트 방식의 엔진마운트에서 1점을 제외한 좌, 우측 엔진마운트 전달함수의 제어게인값을 산출할 수 있다.
예컨대, 해당 주파수값에 해당되는 위상값과 AMP를 산출할 수 있으며, 이를 통해 각 엔진마운트의 전달함수에 제어게인값을 산출할 수 있다.
산출된 상기 제어게인값을 기반으로 하여 구동신호를 설정하는 단계가 수행될 수 있다(S400). 구동신호는 도 1에 도시된 것처럼 구동부(200)로 출력되고 구동부(200)에서는 위상변화가 수반된 구동력이 엔진마운트에 동작될 수 있다.
한편, 상기 설정 단계 이후, 실시간으로 입력되는 엔진 RPM정보와 기어단수를 포함하는 실시간차량상태정보를 입력받는 단계가 수행될 수 있다(S510).
이때에는, 실시간차량상태정보를 기반으로 하여 해당 라이브러리로부터 제어게인값의 보정값이 생성될 수 있다. 이러한 실시간차량상태정보는 CKPS(크랭크샤프트 포지션센서), CMP(캠샤프트 포지션센서)의 센싱값을 더 포함할 수도 있다.
다음으로, 상기 실시간 차량상태정보를 입력받는 단계(S510) 이후, 상기 실시간차량상태정보에 기초하여 제어게인값을 재산출하는 단계(S520)와, 상기 제어게인값으로부터 구동신호를 재설정하는 단계(S530)를 더 포함할 수 있다.
재산출하는 단계(S520)는 종래 산출된 제어게인값으로부터 보정값이 계산되어 보정된 제어게인값이 산출될 수 있다.
마지막으로, 제어게인값으로부터 구동신호를 재설정하는 단계(S530)가 수행될 수 있다.
재설정 시, 보정된 제어게인값이 구동신호로 재설정됨으로써, 엔진 RPM정보와 기어단수와, CKPS(크랭크샤프트 포지션센서), CMP(캠샤프트 포지션센서) 등의 센싱값을 포함하는 실시간차량상태정보가 반영되어 효율적으로 제어게인값을 재설정할 수 있으며, 이를 기반으로 하여 제어기(400)는 재설정된 구동신호를 구동부(200)로 공급시킬 수 있다.
이와 같이, FRF 전달함수를 측정하고 ECU에서 계산되며 내부 라이브러리에서 선정될 수 있어 종래대비 간단한 방법으로 제어게인값을 설정 및 조절할 수 있어 능동형 마운트를 보다 효율적이고 정밀하게 제어할 수 있으며, 고효율 및 컴팩트 사이즈화되는 엔진 개발 추세에 발맞춰 차체의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 기술이 향상될 수 있다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 능동마운트 제어방법을 GUI 프로그램에 구현한 화면의 일례이고, 도 6은 도 5의 GUI 프로그램을 이용하여 마운트 전달함수 제어게인값을 산출한 상태의 일례이고, 도 7는 도 6의 산출된 제어게인값을 기반으로 하여 실제 차량의 진동저감 성능평가 결과를 도시한 도면이다.
전술한 정보 입력단계, FRF 측정단계 및 마운트 전달함수 산출단계, 구동신호 설정 및 재설정단계는, 하나의 GUI기반의 제어용 프로그램에 의해 입력, 측정, 산출 및 설정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, GUI 프로그램은 능동형 엔진마운트가 적용된 차량의 제어 튜닝 및 NVH 평가를 효율적으로 진행하기 위해 개발된 것으로써 전달함수 계측, 제어 Gain Map 튜닝, 모니터링 기능 등을 포함하고 있다. 또한, GUI 프로그램은 크게 Control, FRF, Setup, Info, DTC 탭으로 구성되어 있으며 별도로 Option 창을 두어 CAN, FRF 등의 세부 정보 값을 설정할 수 있도록 하였다.
아래에는 이러한 구성의 GUI 프로그램을 통해 능동마운트 제어방법을 실험한 일례를 보여준다.
능동형 엔진마운트 시스템의 성능을 검증하기 위해 FR(후륜구동, 2WD) 차량에 능동 마운트와 계측을 위한 센서를 장착하였다. FR차량의 엔진(100)은 Engine 마운트 2개, T/M 마운트 1개로 파워트레인을 지지하는 3점 무게중심 지지방식으로 마련된다.
도 6은 GUI 프로그램을 활용하여 제어기(400)와 가속도센서(500)의 차량거동정보를 바탕으로 전달함수의 제어게인값을 산출한 결과를 그래프로 표현한 것이다.
계측한 주파수별 전달함수 data는 ECU에 업로드 되며 그 후 RPM, 기어단수별 Gain 값을 튜닝하여 실차 평가를 진행하였으며 능동 마운트 제어 ON/OFF시 진동, 소음 평가 결과는 도 7과 같다.
전반적으로 제어 온 시(ACC ON)의 결과 출력값이 우수함을 확인할 수 있다.
이와 같은 제어방법을 통해, 전용 GUI 프로그램을 이용하여 제어를 수행한 결과, 능동형 엔진마운트 시스템의 차량 적용 및 진동 제어 튜닝을 좀더 효율적이고 정밀하게 수행할 수 있음을 확인하였으며, 실제 차량에 적용하여 능동마운트 오프시 대비할 때 상대적으로 진동 저감성능이 우수할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 차량 엔진(100)의 진동저감을 위해 사용한 HHC 제어 알고리즘은 엔진 RPM과 연동되어 사용되어지는바, 실시간차량상태정보가 부가되어 실시간의 차량 상태가 고려될 수 있어, 진동저감 효과가 우수하며 외부 노이즈에 강건하다는 것을 실차 평가 결과를 통해 알 수 있다.
이러한 동작을 통해, FRF 전달함수를 측정하고 ECU에서 계산되며 내부 라이브러리에서 선정될 수 있어 종래대비 간단한 방법으로 제어게인값을 설정 및 조절할 수 있어 능동형 마운트를 보다 효율적이고 정밀하게 제어할 수 있으며, 고효율 및 컴팩트 사이즈화되는 엔진 개발 추세에 발맞춰 차체의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 기술이 향상될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 엔진 200 : 구동부
300 : 섀시 400 : 제어기/ECU
500 : 가속도센서

Claims (4)

  1. 해당 차량의 ECU 정보와, 속력정보 및 가속도정보를 포함하는 차량거동정보를 입력받는 단계(S100);
    상기 차량거동정보를 기초로 하여 FRF(주파수응답함수)를 측정하는 단계(S200);
    3점 포인트 방식의 엔진마운트에서 1점을 제외한 좌, 우측 엔진마운트 전달함수의 제어게인값을 산출하는 단계(S300); 및
    산출된 상기 제어게인값을 기반으로 하여 구동신호를 설정하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동마운트 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 설정 단계(S400) 이후,
    실시간으로 입력되는 엔진(100) RPM정보와 기어단수를 포함하는 실시간차량상태정보를 입력받는 단계(S510)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동마운트 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실시간 차량상태정보를 입력받는 단계(S510) 이후,
    상기 실시간차량상태정보에 기초하여 제어게인값을 재산출하는 단계(S520); 및
    상기 제어게인값으로부터 구동신호를 재설정하는 단계(S530)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동마운트 제어방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 실시간차량상태정보는 CKPS(크랭크샤프트 포지션센서), CMP(캠샤프트 포지션센서)의 센싱값을 더 포함하는 것을 특징으로 자동차의 능동마운트 제어방법.


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